Aan het Instituut voor bioproducten en papiertechnologie van de Technische Universiteit van Graz (TU Graz) produceren onderzoekers biologisch afbreekbare materialen uit de houtbestanddelen cellulose, hemicellulose en lignine. Deze kunnen dienen als duurzaam alternatief voor plastic verpakkingen.

Als hernieuwbare hulpbron biedt hout een groot potentieel in de strijd tegen de klimaatcrisis. Ten eerste legt het grote hoeveelheden koolstof vast (1 ton per kubieke meter!). Bovendien is het een milieuvriendelijk alternatief voor fossiele brandstoffen, die het grootste deel van de broeikasgasemissies veroorzaken.

Samir Kopacic, een van de onderzoekers van de TU Graz, zou de biologisch afbreekbare materialen op basis van hout willen gebruiken om ervoor te zorgen dat in de toekomst minder plastic wordt gebruikt. Daartoe is in samenwerking met academische en industriële partners het zogenaamde 'Barrier lab' van het instituut opgericht. Daar doet Kopacic onderzoek naar biobased verpakkingsmaterialen met barrière-eigenschappen die even goed zijn als die van synthetische kunststoffen. Ze moeten de inhoud van de verpakking (levensmiddelen, cosmetica, medicijnen, enz.) beschermen tegen zuurstof, vocht en andere invloeden van buitenaf, maar ook het aroma en de versheid van de producten behouden.

Momenteel zijn papier en karton daar maar beperkt geschikt voor, zoals Kopacic aangeeft: 'Papier en karton zijn poreus en vezelig. Om de noodzakelijke ondoordringbaarheid te bereiken, worden ze vaak gecoat met synthetische polymeren die niet biologisch afbreekbaar en moeilijk te recyclen zijn, of gelamineerd met metaalfolies.'

Kopacic wil deze situatie verhelpen in samenwerking met de vereniging van de Oostenrijkse papierindustrie Austropapier en met de steun van zijn industriële partners. In het FFG-onderzoeksproject PapSpray, dat met 810.000 euro wordt gefinancierd, volgt het projectteam de aanpak om papier of karton te besproeien met biopolymeren. 'Bij het aanbrengen van biogebaseerde barrièrematerialen op papier hebben conventionele coatingmethoden maar beperkt succes gehad vanwege de complexe vloeikarakteristieken van deze materialen. We testen nu de geschiktheid van spuitcoatingprocessen en onderzoeken hoe biopolymeren op papier moeten worden gespoten om de gewenste barrière-eigenschappen te verkrijgen', zegt projectleider Kopacic. Voor de onderzoeker  zijn de voorwaarden aanwezig voor een beslissende doorbraak: 'Vanuit technologisch oogpunt is spraycoating een flexibel proces dat in de papierproductie kan worden geïntegreerd en ook kan worden gebruikt in combinatie met of als aanvulling op conventionele coatingtechnologieën.'

Ultralichte materialen

Het gebruik van biogebaseerde materialen op grote schaal is ook het doel van het EU-project BreadCell uit de FET Open-financieringslijn, een ander onderzoeksproject van het Institute of Bioproducts and Paper Technology. Onder leiding van het consortium van de Chalmers University of Technology (Göteborg, Schweden) wil een interdisciplinair team van onderzoekers van de TU Graz, de Universiteit van Wenen, BioNanoNet en het Europese onderzoekscentrum Tecnalia een radicaal nieuwe technologie ontwikkelen voor de productie van milieuvriendelijke lichtgewichtmaterialen op basis van hout en cellulose. Momenteel gebruikt de grootschalige industrie bijvoorbeeld voornamelijk lichtgewicht materialen van synthetische, niet-afbreekbare polymeren voor veiligheidscomponenten in auto's of voor lichte, robuuste en resistente sportuitrustingen. 'Wij willen alternatieven bieden en werken aan duurzame cellulose schuimen ter vervanging van bestaande composieten', legt Stefan Spirk uit.

Het driejarige onderzoeksproject heeft tot doel een fundamenteel inzicht te verwerven in de interacties tussen papier, biopolymeer en spuitprocédé en zo de basis te leggen voor het kunnen produceren en gebruiken van plasticvrije en recycleerbare papieren verpakkingen voor een nog breder scala van toepassingen dan voorheen.